5. Прессовое оборудование. Определение деформаций, работы и усилия при выдавливании и прошивке

Кривошипные штамповочные прессы имеют постоянный ход, равный удвоенному радиусу кривошипа. Штамповка на кривошипных прессах характеризуется высокой производительностью и точностью по высоте заготовок.

Заготовка извлекается из штампа при обратном ходе его верхней части с помощью выталкивателей. Благодаря этому удобно штамповать в закрытых штампах выдавливанием и прошивкой.

Кривошипные штамповочные прессы усилием 6,3–100 МН успешно заменяют штамповочные молоты с массой падающих частей 0,63–10 т. Однако стоимость кривошипного горячештамповочного пресса в 3–4 раза выше стоимости эквивалентного по технологическим возможностям молота.

При штамповке на прессах время контакта пуансона с заготовкой больше, чем на молотах. Это приводит к охлаждению заготовки и худшему заполнению полости штампа. Поэтому плоскость разъема выбирают вблизи торца поковки.

Поскольку в каждом ручье штампа деформация полностью осуществляется за один ход пресса, при штамповке на прессах возникают большие усилия. Расчет усилия при штамповке на прессах очень важен, так как при недостаточном усилии пресса возможна его поломка.

Усилие деформирования существенно зависит от величины деформации, осуществляющейся при штамповании, и от объема деформируемого материала. В качестве примера рассмотрим определение работы и усилия деформирования при выдавливании цилиндрического образца, на диаметральную плоскость которого предварительно нанесена прямоугольная делительная сетка.

После деформации (выдавливания) координатная делительная сетка и контуры самого образца изменяются (рис. 2.9). Представим сложное деформированное состояние в виде суммы двух более простых: растяжения (рис. 2.10) и неооднородного осесимметричного сдвига (рис. 2.11):

(2.23)

Рис. 2.9. Схема изменения делительной сетки образца

после выдавливания

Рис. 2.10. Схема деформации растяжения цилиндрического образца

(в диаметральной плоскости)

Рис. 2.11. Схема неоднородного осесимметричного сдвига

прямоугольного элемента делительной сетки в диаметральной плоскости

А и В – значения координаты Z измеряемой линии без учета сдвига и с учетом сдвига. Поскольку при пластической деформации металлов объем деформируемого металла остается практически неизменным, справедливо соотношение:

, или . (2.24)

Величину  называют вытяжкой металла.

Определим относительное удлинение по оси z:

. (2.25)

Однако эта характеристика деформации используется только для малых деформаций или приращений деформаций. Для конечных деформаций необходимо применять истинные, то есть интегральные характеристики деформации:

(2.26)

Остальные линейные компоненты тензора деформации определятся из условий неизменности объема деформации и условия симметрии (осесимметричности) деформации:

(2.27)

Таким образом, тензор деформации растяжения в приложении к рассматриваемому примеру выдавливания имеет вид

(2.28)

Деформации неоднородного осесимметричного сдвига определяются путем дифференцирования перемещений :

. (2.29)

Тензор деформации неоднородного осесимметричного сдвига имеет вид:

(2.30)

где (2.31)

Тензор суммарной деформации определим суммированием:

(2.32)

Таким образом, интенсивность деформаций при выдавливании определяется следующим образом:

. (2.33)

Удельная работа в элементарном объеме с координатами может быть вычислена как произведение интенсивности деформаций на интенсивность напряжений:

. (2.34)

Поскольку деформированное состояние деформированной заготовки неоднородно, целесообразно вычислить среднюю удельную работу. При этом примем допущение, что в направлении оси z деформации однородны. Кроме того, поскольку свинец при комнатной температуры практически не упрочняется, то на основании условия пластичности Мизеса можно принять, что интенсивность напряжений равна постоянному и известному пределу текучести :

(2.35)

Таким образом, средняя по объему V₀ удельная работа деформации определится по формуле:

(2.36)

Таким образом, удельная работа при выдавливании зависит от интенсивности деформаций, а также от угловых и линейных компонент тензора деформации. В оценке распределения компонент деформации и интенсивности деформации при обработке давлением заключается сложность определения усилия деформирования.

Суммарная сила при прямом выдавливании складывается из силы, необходимой на деформирование металла и силы трения заготовки о поверхность контейнера:

. (2.37)

Сила деформирования может быть вычислена как отношение мощности деформирования на скорость перемещения пуансона. В свою очередь мощность деформирования определяется как произведение удельной работы деформирования на объем деформируемого материала в единицу времени. Таким образом, сила деформирования соответствует выражению:

. (2.38)

Дополнительное трение заготовки о стенки контейнера учитывается силой трения:

. (2.39)

При прошивке деформирующее усилие определяют по удельному давлению и площади поперечного сечения прошивня.

Удельное давление под прошивнем зависит от схемы прошивки (открытой или закрытой) и от отношения исходного диаметра цилиндрической заготовки к диаметру прошивня (рис. 2.12):

(2.40)

Рис. 2.12. Зависимости отношения удельного давления к пределу

текучести от отношения

При расчете деформирующего усилия необходимо учитывать не только давление металла на прошивень, но и трение металла о боковые поверхности матрицы и прошивня.